Цикл теплового насоса

Устройства, предназначенные для передачи теплоты от одних тел к другим, имеющим разные температуры, называются термотрансформаторами. Термотрансформаторы, служащие для пере­дачи теплоты от тел с более низкой температурой к телам с более высокой температурой, называются повышающими. К ним отно­сятся тепловые насосы, которые осуществляют передачу теплоты из окружающей среды к объекту с более высокой температурой. Источником теплоты низкой температуры для теплового насоса могут служить внешняя атмосфера, вода водоемов или термальных вод, теплота земли (геотермальные источники), а также охлаж­дающая вода конденсаторов турбин или компрессоров, выпуск­ные газы двигателей внутреннего сгорания, воздух, удаляемый из помещений фермы, и т.д. Теплоприемником может быть система отопления помещений или различные технологические процессы.

Тепловой насос – это холодильная установка, работающая в иных пределах температур. Так, если для холодильных установок теплоприемник – окружающая среда, то для теплового насоса она служит источником теплоты. Поэтому цикл теплового насоса в принци­пе не отличается от цикла холодильных машин.

Рис. 6.5 – Схема теплового насоса

1– компрессор, 2 – насос, 3 – теплоприемник, 4 – конденсатор, 5 – дроссель­ный клапан, 6 – испаритель

Схема теплового насоса приведена на рисунке 6.5. В испарителе 6 холодильный агент испаряется за счет теплоты, подведенной из окружающей среды, например из водоема, а затем поступает в компрессор 1. При испарении хладоагент отбирает количество теплоты q_{2 .} После сжатия в компрессоре хладоагент подается в змеевик конденсатора 4. Змеевик омывается водой, циркулирующей через обогреваемый объект (к примеру, в системе отопления поме­щения).

Теплоприемнику 3, таким образом, отдается кроме теплоты q₂, по своей сути даровой, также теплота, эквивалентная затраченной работе компрессора l_ц. Затем конденсат через дроссельный клапан 5 поступает в змеевик испарителя 6.

Эффективность теплового насоса оценивают коэффициентом преобразования, представляющим собой отношение количества теп­лоты q₁ = q₂ + l_ц, сообщенной нагреваемому объекту, к затраченной работе:

, (6.13)

где – холодильный коэффициент.

Откуда следует, что коэффициент преобразования ψ больше единицы. Его значение колеблется в пределах 3...7, а при исполь­зовании высокотемпературных источников (к примеру, выпускные газы тепловых двигателей) еще выше. Это указывает на целесооб­разность применения тепловых насосов, которые позволяют повы­сить эффективность использования возобновляемых и вторичных энергетических ресурсов.